射出成形:効率的なプラスチック生産の鍵

射出成形は、プラスチックを溶かし、事前に設計された金型に射出して成形するプロセスです。このプロセスは 1930 年代に初めて設計され、当初は金属ダイカスト設計に基づいていました。これには、スクラップによる損失が最小限に抑えられる (スクラップ片を溶かしてリサイクルできるため)、仕上げ要件が最小限であるなど、代替製造方法に多くの利点があります。このプロセスは、溶融金属を単に注ぐだけで済むという点で金属ダイカストとは異なります。プラスチック樹脂は力を入れて射出する必要があります。

このプロセスでは大型の射出成形機が使用され、6 つの主要なプロセスを経て樹脂が進められ、コンピューター部品からプラスチック製のハロウィーンのクモに至るまで、あらゆるものが製造されます。この機械は複雑な装置ですが、射出ユニットと型締ユニットという 2 つの基本要素で構成されています。

このプロセスは、射出および冷却プロセスに対応するために圧力下でクランプされる金型から始まります。次に、ペレット化された樹脂が機械に供給され、続いて適切な着色剤が供給されます。次に、樹脂は射出バレルに落ち、そこで融点まで加熱され、スクリューまたは打ち込み装置を介して金型に射出されます。

次に滞留段階が始まり、この段階では溶融プラスチックが金型内に封じ込められ、金型内のすべてのキャビティが確実に満たされるように水圧または機械的圧力が加えられます。次に、プラスチックを金型内で冷却し、金型の 2 つの半分を分離して金型を開きます。最終ステップでは、突き出しピンを使用してプラスチック部品が金型から突き出されます。完成した部品にはランナーと呼ばれる余分な部分が含まれている場合がありますが、これらは切り取られてリサイクルされます。プロセス全体は周期的であり、サイクル時間は必要な冷却時間に応じて 10 ～ 100 秒の範囲です。

射出成形プロセスでは、いくつかの複雑な計算が必要です。樹脂の種類ごとに考慮する必要のある収縮値があり、金型はそれを補正する必要があります。この値が正確に決定されていない場合、最終製品のサイズが不正確になったり、欠陥が含まれる可能性があります。通常、これは、最初に金型に樹脂を充填し、圧力下で保持し、次に収縮を補償するためにさらに樹脂を追加することで補償されます。その他の問題としては、樹脂温度の設定が高すぎることによる部品の焼け、表面温度の不均一による反り、射出ストロークが遅すぎることによる充填の不完全などが考えられます。

射出成形金型自体は驚くほど高価で、場合によっては 100,000 米ドル (USD) を超えることもあります。ただし、必要な部品の量が十分に多ければ、金型のコストは比較的重要ではなくなり、得られるプラスチック部品の価格は非常に手頃になります。一部の金型は複数のキャビティで作られています。これらの複数キャビティの金型は、単一キャビティの金型よりもコストが高くなりますが、生産効率が向上するため、部品あたりのコストは最小限に抑えられます。

この成形方法はさまざまなプラスチック樹脂に使用できます。このタイプの成形品で最も一般的な樹脂には、ポリプロピレン (PP)、ポリエチレン (PE)、ABS などがあります。それぞれに独自の長所と短所があり、最終パーツに求められる特性に基づいて選択されます。

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